[論文レビュー] Motions of Galaxies in the Local Group and Beyond: an Astro2010 Science White Paper

M. J. Reid, A. Brunthaler+3 more|ArXiv.org|Feb 23, 2009

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

このホワイトペーパーは、データ記録レートを32 Gbpsに向上させ、集光面積を拡大することで、マイクロアーセコンド（μas）の天体測定を実現する、アップグレードされた非常に長い基線干渉計（VLBA）の能力を提案する。これにより、ローカル団銀河群およびそれ以上の領域における銀河の3次元運動を測定できる。主な貢献は、アンドロメダ銀河の自己運動を直接測定できることであり、これによりそのダークマター・ハロー質量の不確実性が解消され、のちに銀河が衝突するかどうかの予測が可能になる。

ABSTRACT

Recent advances with the VLBA have resulted in ~10 micro-arcsec astrometry for compact sources in external galaxies, and measurement of the proper motion of Local Group galaxies has been demonstrated. With improved telescopes and equipment, we could greatly improve upon and expand these measurements, including a measurement of the proper motion of the Andromeda galaxy, which is key to understanding the history and fate of the Local Group. The combination of optical velocities and radio astrometric data would allow detailed modeling of the mass distributions of the disks, bulges, and dark matter halos of galaxies in clusters.

研究の動機と目的

• ローカル団銀河群の質量分布と力学的挙動の長年の不確実性を解消するため、銀河の3次元運動を測定すること。
• 径方向速度のみの測定に起因するバイアスや曖昧さを克服し、質量推定の精度を向上させること。
• ローカル団銀河群の将来を予測する上で極めて重要な未知要因であるアンドロメダ銀河（M31）の自己運動を直接測定すること。
• 複数のメーザー源を用いた回転パララックスを応用し、系統的バイアスのない幾何的距離を提供することで、銀河間距離の測定を改善すること。
• 近隣銀河団（例：M81、カネス・ヴェナティシ・I）およびバービオ銀河団への天体測定研究を拡張し、銀河進化に及ぼす環境的要因を調査すること。

提案手法

• VLBAを用いた非常に長い基線干渉計（VLBI）を活用し、データ記録レートを256 Mbpsから32 Gbpsに向上させることで、1マイクロアーセコンド未満の天体測定精度を達成する。
• 記録レートの向上に伴い、連続スペクトル感度が向上し、ターゲット・クェーサー間隔が短縮され、天体測定における系統的誤差が低減する。
• 外部銀河（例：M33、IC10）のH2Oメーザーを、安定した運動学的トレーサーとして用い、角度方向の回転と絶対的自己運動を測定する。
• 自己運動データと径方向速度測定データを統合し、銀河のディスク、バルジ、ダークマター・ハローにおける質量分布のモデリングに用いる。
• メーザーの両端に位置する源の自己運動を測定することで回転パララックスを応用し、約1%の精度で幾何的距離を決定する。
• VLBAおよび新規の施設に、SKAの集光面積の5%に相当するプロトタイプアンテナパッチを設置し、微弱な電波源（例：M31のコンact核（約30 μJy））の感度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アンドロメダ銀河（M31）の真の自己運動は何か？ そして、それがローカル団銀河群の全質量およびダークマター含量をどのように制約するか？
• RQ2 ローカル団銀河群の銀河の3次元速度測定は、ディスク、バルジ、ダークマター・ハローの質量推定器の精度をどのように向上させるか？
• RQ3 1つの銀河内で複数のメーザー源を用いた回転パララックスにより、標準的距離指標とは独立して1%未満の不確実性で幾何的距離を取得できるか？
• RQ4 ダークマターは、のちに銀河が衝突する予測されるミルキーウェイとアンドロメダの軌道的歴史と衝突力学に果たす役割は何か？
• RQ5 バービオ銀河団やM81のような銀河団内の銀河の3次元運動は、ラムプレッシャー剥ぎ取りなどの環境的プロセスの影響をどのように明らかにするか？

主な発見

• 32 Gbpsの記録アップグレードにより、2年未満の観測で、±1 μas 年⁻¹未満の自己運動精度が達成可能である。
• 記録アップグレードに伴う感度の向上により、ターゲット・クェーサー間隔が6倍以上短縮され、天体測定における系統的誤差が顕著に低減される。
• M31の自己運動測定は32 Gbpsアップグレードにより実現可能であり、1エポックあたり数回のトラックで、そのダークマター・ハロー質量に直接制約を加えることが可能になる。
• M33や他の銀河におけるメーザーを用いた回転パララックスにより、約1%の精度で幾何的距離を取得可能であり、標準的距離指標とは独立した系統的バイアスのない代替手段を提供する。
• 径方向速度と自己運動データの組み合わせにより、銀河内の質量分布を直接モデリング可能となり、未知のバイアスを含む統計的推定器への依存が軽減される。
• 南半球に5%のSKAプロトタイプを設置すれば、南天の天体源に対しても高精度天体測定を拡張でき、銀河間自己運動研究のための全天カバーが可能になる。